Tóm tắt luận văn: Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật phun điện chất ức chế ăn mòn vào trong vữa xi măng cốt thép

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Trên thế giới, người ta tổng kết nếu trong môi trường không có tính xâm
thực, kết cấu bê tông cốt thép rất bền, có thể làm việc bền vững trên 100 năm.
Tuy nhiên, trong môi trường xâm thực ở vùng biển, hiện tượng ăn mòn bê tông
cốt thép có thể xuất hiện sau 10-30 năm sử dụng. Ở Việt Nam hiện nay, bên cạnh
các công trình bền vững sau 40-50 năm, nhiều công trình bê tông cốt thép đã
sớm bị ăn mòn và phá huỷ trầm trọng, đòi hỏi phải chi phí khoảng 40-70% giá
thành xây mới cho việc sửa chữa bảo vệ chúng. Theo ước tính, có khoảng 50%
số lượng kết cấu công trình bê tông cốt thép tại các vùng biển của Việt Nam hiện
nay đã bị ăn mòn và đang bị phá hủy nghiêm trọng.
Theo các nghiên cứu hiện nay trên thế giới khi cốt thép trong bê tông đã
bắt đầu bị ăn mòn bởi các ion clorua (do thấm khuyếch tán từ môi trường bên
ngoài trong quá trình khai thác sử dụng hoặc do quá trình thi công chế tạo bị làm
ẩu), thì để ngăn chặn quá trình ăn mòn này chỉ có 2 phương pháp hiệu quả. Đó
là phương pháp bảo vệ catôt và bảo vệ bằng kỹ thuật khử muối bằng điện hoá
(Electrochemical chloride extraction ECE: hút các ion clorua dưới tác dụng của
điện trường).
Hai phương pháp này đều tốn kém nhưng mang lại hiệu quả kéo dài tuổi thọ
cho công trình. Phương pháp ECE sẽ đạt hiệu quả hơn nữa nếu đồng thời với quá
trình xử lý, tiến hành khử (hút) các ion clorua, phun tiếp các chất ức chế ăn mòn
(dưới tác dụng của điện trường ngoài) để các chất ức chế này tác dụng trực tiếp lên
bề mặt cốt thép. Phương pháp này có tên là: Phun điện các chất ức chế ăn mòn
(Electrical injection of corrosion inhibitors - EICI) [4]. Trong nghiên cứu phục hồi
bê tông nhiễm clorua, phương pháp EICI là phương pháp tương đối mới, nhằm đưa
các ion ức chế ăn mòn vào trong bê tông, dưới tác dụng của điện trường ngoài.
Phương pháp EICI chỉ cần áp dụng một lần, không phải duy trì thường xuyên mà
vẫn đảm bảo việc kéo dài tuổi thọ cho kết cấu bê tông nhiễm clorua.
1

Mặc dù EICI là phương pháp hứa hẹn đạt hiệu quả cao cho xử lý phục hồi
các kết cấu bê tông cốt thép bị nhiễm clorua, nhưng sự ứng dụng rộng rãi của nó
còn bị hạn chế bởi hiện có rất ít các nghiên cứu về tác động của phương pháp xử
lý này tới cấu trúc và tính chất của vữa xi măng, cũng như ảnh hưởng của
phương pháp xử lý đối với quá trình ăn mòn của cốt thép. Xuất phát từ lý do trên
em lựa chọn đề tài nghiên cứu có tên là: “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật phun
điện chất ức chế ăn mòn vào trong vữa xi măng cốt thép”.
2. Mục tiêu nghiên cứu


Phân tích được các ảnh hưởng của quá trình xử lý EICI tới tính chất của vữa xi



măng và tới quá trình ăn mòn của cốt thép trong vữa xi măng.
Phân tích định lượng được hàm lượng chất ức chế đưa vào trong vữa xi măng



theo thời gian xử lý.
Xác định được hệ số khuếch tán của ion clorua trong vữa xi măng trước và sau
khi xử lý EICI.
3. Phương pháp nghiên cứu:



Nghiên cứu áp dụng kỹ thuật EICI với các điều kiện thực nghiệm khác nhau



(mật độ dòng điện, thời gian xử lý, dòng điện xử lý).
Phân tích hàm lượng chất ức chế TBAB bên trong mẫu xi măng cốt thép sau xử



lý EICI bằng phổ UV-Vis.
Nghiên cứu hệ số khuếch tán của ion clorua trong vữa xi măng trước và sau khi



xử lý EICI bằng thí nghiệm bình hai ngăn
Nghiên cứu đặc trưng điện hóa của lõi thép trong vữa xi măng trước và sau khi



xử lý EICI bằng các phương pháp phân tích điện hóa.
Nghiên cứu cường độ chịu nén của vữa xi măng trước và sau xử lý EICI.
4. Bố cục luận văn
Luận văn bao gồm 58 trang.
Phần mở đầu: 4 trang.
Phần nội dung: 48 trang.
Chương I: Tổng quan
Chương II: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương III: Kết quả và thảo luận
Phần kết luận: 1 trang.
Tài liệu tham khảo: 4 trang
PHẦN II: NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN

2





CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
Trong chương này, em xin trình bày những vấn đề sau:
Giới thiệu chung về ăn mòn bê tông cốt thép.
Tổng quan về các chất ức chế ăn mòn hữu cơ.
Tổng quan về phương pháp EICI phun chất ức chế hữu cơ vào trong bê tông cốt



thép.
Các phương pháp phân tích hàm lượng muối amoni.
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU
2.1. Chế tạo các mẫu vữa xi măng cốt thép và bê tông cốt thép



Chế tạo mẫu xi măng cốt thép
Mẫu xi măng cốt thép được chế tạo như hình 2.1

Hình 2.1: Mẫu xi măng cốt thép (đường kính lõi thép = 0,6 cm,chiều dày
lớp vữa = 2,5 cm)
Đơn chế tạo, mỗi mẫu nghiên cứu chế tạo có tỷ lệ (theo khối lượng) như
sau: Xi măng: cát: nước = 1: 1,75 : 0,45. Xi măng được sử sụng là xi măng
Hoàng Thạch PC30, cát vàng (rây < 2m) và thép HP (đường kính 6mm).
2.2. Phương pháp xử lý EICI

Hình 2.2a là sơ đồ thiết kế EICI. Ở đây chất ức chế 25 mM TBAB được
đưa trực tiếp vào dung dịch điện ly (0,1 M NaOH) ở bên ngoài vữa xi măng cốt
thép. Trong phương pháp EICI, để phun chất ức chế vào trong các mẫu vữa xi
măng, người ta nối cốt thép với cực âm của một nguồn điện 1 chiều và nối cực

3


dương với một điện cực lưới anôt đặt bên ngoài mẫu. Hình 2.2b là thí nghiệm xử
lý EICI cho các mẫu vữa xi măng cốt thép. Các thông số thí nghiệm bao gồm:
- Mật độ dòng điện 5A/m2
-Thời gian xử lý từ 1 tuần và 4 tuần
- Dung dịch xử lý 0,1M NaOH + 25mM TBAB
- Catôt: cực cốt thép
- Anôt: Lưới Inox

a)

b)

Hình 2.2: Sơ đồ phương pháp xử lý EICI (a) và thí nghiệm EICI (b) để xử
lý cho các mẫu vữa xi măng cốt thép
2.3. Phân tích hàm lượng chất ức chế ăn mòn TBAB trong vữa xi
măng bằng phổ hấp thụ UV-Vis
Trước khi tiến hành phân tích các mẫu vữa xi măng thì cần thiết phải xây
dựng đường chuẩn mật độ quang theo nồng độ ức chế đã biết. Các mẫu TBAB
chuẩn với các nồng độ là 1, 5, 10, 15 và 20 mM, trong nước cất ở giá trị pH7 và pH11.

4

Các bước tiến hành đo hàm lượng TBAB trong mẫu vữa xi măng như sau:
- Nghiền mẫu vữa xi măng ở khoảng cách 1 cm xung quanh cốt thép. Tiến
hành rây trong sàng (kích thước <0,35mm). Thu được bột vữa xi măng mịn.
-

Nung 800C trong thời gian 24h để loại bỏ nước.

-

Cân 5g bột vữa xi măng hòa tan trong 50 ml nước cất (dung dịch có
pH=11).

-

Rung siêu âm trong 1 giờ.

-

Để lắng gạn lấy nước trong, sau đó lọc bằng phễu lọc, tách phần nước
trong để vào ống nghiệm đậy kín đưa đi phân tích phổ UV- VIS. Từ kết quả
phân tích, so sánh với đường chuẩn nồng độ, sẽ xác định được hàm lượng
TBAB có mặt trong vữa xi măng cốt thép.
2.4. Xác định hệ số khuếch tán của ion clorua trong vữa xi măng trước và
sau khi xử lý EICI

2.4.1. Phương pháp đo
Hình 2.4a mô tả thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán của ion clorua
trong vữa xi măng. Trong thí nghiệm này em sử dụng bình nhựa có 2 ngăn có

kích thước mỗi ngăn hình chữ L: 12

×

9 cm, đường kính ngoài 4 cm, kẹp ở giữa

là đĩa xi măng. Đĩa xi măng (dày 2 cm) được sơn che phủ xung quanh bằng
nhựa epoxy chỉ để hở 1 khoảng đường kính 1 cm ở tâm đĩa, do dung dịch đi qua
giữa 2 ngăn (hình 2.5). Dung dịch bị ngăn rò rỉ nhờ các gioăng cao su ở 2 bên
mặt đĩa vữa và phần nhựa epoxy bọc bên rìa ngoài của đĩa vữa (hình 2.6).
Như mô tả trong hình 2.4, trong mỗi ngăn có 1 điện cực bằng platin dùng
để đặt điện thế một chiều đi qua đĩa vữa, điện thế áp đặt giữa 2 điện cực là 20V.
Ở buồng bên trái, điện cực Pt này gắn với cực âm của nguồn điện 1 chiều và ở
buồng bên phải sẽ gắn với cực dương của nguồn điện. Ngăn bên trái chứa dung
dịch 3% NaCl và ngăn bên phải chứa dung dịch 4,3% NaNO 3. Nồng độ ion
clorua ở ngăn bên phải theo thời gian được xác định thông qua đo điện thế của
cảm biến clorua (Ag/AgCl) so sánh với điện cực MSE kết hợp với đường chuẩn
5


nồng độ. Từ các giá trị này, có thể xác định được hệ số khuếch tán D của ion
clorua. Chi tiết về cách chế tạo và chuẩn nồng độ của cảm biến ion clorua sẽ
được trình bầy dưới đây.
Hệ số khuếch tán D được tính toán cho ion clorua theo công thức sau :

D=

d RT
.
t 0 E zF

(2.1)

Trong đó:
•

d= chiều dày đĩa vữa xi măng (2.10-2 m);

•

t0 = thời gian cần thiết để ion clorua đi qua chiều dài d;

•

E= Cường độ điện trường (V/m) = (điện thế áp đặt/chiều dày d của vữa xi măng);

•

R= Hằng số khí lý trưởng = 8.3 J. K-1 mol-1

•

T = Nhiệt độ tuyệt đối ≈ 300o K

•

z = Số điện tích = 1

•

F = Hằng số Faraday = 96485 s. A.mol-1

(a)

6


(b)
Hình 2.4: Thí nghiệm đo hệ số khuếch tán của clorua: a) Sơ đồ thí nghiệm và
b) Bình thí nghiệm 2 ngăn với đĩa vữa xi măng dày 2 cm

7


Hình 2.5: Đĩa xi măng sau khi được cắt lớp

Hình 2.6: Các phụ kiện của bình hai ngăn và đĩa vữa xi măng
2.4.2. Chế tạo cảm biến clorua
Quá trình xâm nhập clorua theo thời gian đó được theo dõi bằng một cảm
biến tự chế nhúng trong mỗi mẫu đo tương ứng. Đầu đo clorua được làm bằng
điện cực bạc/bạc clorua (Ag/AgCl) bằng cách sử dụng phương pháp điện phân
trên thiết bị AUTOLAB PGSTAT 30 (Ecochemie, Hà Lan).
Để chế tạo cảm biến clorua, trước tiên dây bạc (đường kính 1 mm, 99,9%,
Sigma, Mỹ) được cắt với chiều dài 3 cm và được hàn vào một thanh đồng cứng
với các điểm hàn được phủ nhựa epoxy cách điện.


Quy trình chế tạo cảm biến clorua như sau :
* Làm sạch dây bạc bằng giấy nhám mịn (số #1200).
* Rửa sạch dây bạc đánh bóng với acetone và sau đó rửa bằng nước cất và rung

siêu âm (Model TPC-15H, 35 KHz, Telsonic AG, Thụy Sỹ), với thời gian 5 phút.
* Đặt 2 dây bạc sạch vào dung dịch 0,1 M KCl (Merck, Đức)
* Cho dòng điện 1 chiều không đổi chạy qua với mật độ dòng 1 A/m 2
8


trong thời gian 30 phút, khi đó tạo thành một lớp AgCl trên dây bạc (hình thành
cặp điện cực Ag/AgCl).
* Các điện cực Ag/AgCl đã được chế tạo ở trên được lưu giữ trước khi sử
dụng bằng cách ngâm trong dung dịch KCl bão hòa và giữ bảo quản trong một
chai thủy tinh tối mầu.
Để có thể tiến hành đo hàm lượng clorua trong dung dịch nghiên cứu thì
sau khi được chế tạo các cảm biến clorua phải được chuẩn điện thế theo nồng độ
(trong dung dịch natri clorua trong ở pH ≈ 7).

-

Quy trình chuẩn các cảm biến clorua như sau:
Chuẩn bị 5 cốc thủy tinh (250 ml) chứa các dung dịch ứng với nồng độ
NaCl trong nước cất là 0,001; 0,005; 0,01; 0,05 và 0,1 M tương ứng.

-

Tiến hành đo điện thế của cảm biến clorua vừa chế tạo so với điện cực so
sánh là điện cực MSE sunfat thủy ngân Hg/HgSO 4 lần lượt trong các dung dịch
chuẩn nói trên (hình 2.8). Ở đây không sử dụng điện cực so sánh calomen thông
dụng nhằm để tránh sai số do sự thấm clorua ra bên ngoài từ điện cực so sánh.
Sử dụng đồng hồ vạn năng để đo điện thế khi nối dây đỏ là cực (+) với cảm biến
Ag/AgCl và nối dây đen là cực (-) với điện cực MSE. Biểu diễn hàm tương quan
E (mV) và Ln[Cl] sẽ thu được đường chuẩn tuyến tính trong khoảng nồng độ

nghiên cứu. Sử dụng đường chuẩn này để tính toán nồng độ clorua tương ứng
trong các mẫu nghiên cứu từ điện thế đo được bằng cảm biến.

9


Hình 2.8: Xây dựng đường chuẩn nồng độ cho các cảm biến clorua bằng
dung dịch chuẩn natri clorua
2.5. Đo đặc trưng điện hóa của lõi thép trong vữa xi măng

1 tháng sau khi kết thúc xử lý EICI, các mẫu được phân tích điện hóa để
đánh giá hiệu quả của phương pháp xử lý này và khả năng thụ động hóa cốt thép.
Kỹ thuật đo đường cong phân cực được sử dụng để xác định điện trở phân cực
của cốt thép trước và sau khi xử lý EICI, được thực hiện trên thiết bị AUTOLAB
PGSTAT 30 (hãng Ecochemie, Hà Lan).
2.6. Phân tích cấu trúc và đo độ bền chịu nén của mẫu vữa xi măng trước
và sau khi xử lý EICI

Hình thái cấu trúc của vữa xi măng trước và sau khi xử lý EICI được quan
sát bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường FE-SEM S4800 (Hitachi, Nhật
Bản, hình 2.10).
Cường độ nén mẫu bê tông được đo với thiết bị WE-1000B (Jinhua
Jinshi, Trung Quốc, hình 2.11), theo tiêu chuẩn TCVN3105:1993 và TCVN
3118:1993. Các mẫu vữa xi măng cốt thép hình trụ được cắt với kích thước (56
mm đường kính và 56 mm chiều cao). Cốt thép được cắt các phần đầu và mài
phẳng bề mặt mẫu trước khi đo độ bền nén.

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Xác định hàm lượng TBAB trong các mẫu vữa xi măng sau xử lý EICI

3.1.1. Xây dựng đường chuẩn mật độ quang -nồng độ ức chế
Hình 3.1a và 3.1b là các phổ UV-Vis của các mẫu TBAB chuẩn, với các nồng
độ là 1, 5, 10, 15 và 20 mM, trong nước cất ở giá trị pH 7 và pH11, tương ứng.
Từ các giá trị OD215 thu được với các mẫu chuẩn trong hình 3.1, các
đường chuẩn OD215 – nồng độ TBAB được trình bày trong hình 3.2. Quan sát
trong hình 3.2, với đường chuẩn nồng độ chất ức chế được xây dựng trong dung
dịch pH11 , có thể thấy mối quan hệ tương đối tuyến tính thu được với hệ số R 2
rất cao (R2= 0.99). Đây là đường chuẩn sẽ dùng để phân tích hàm lượng chất ức
chế TBAB trong mẫu vữa xi măng cốt thép thu được sau khi xử lý EICI. Các
10


mẫu vữa sau khi xử lý, được nghiền, lọc và phân tán trong nước cất, đem lại giá
trị pH=11 khi phân tích UV-Vis để xác định hàm lượng chất ức chế.
(a)
(b)
Hình 3.1: Phổ UV-Vis của mẫu TBAB 1, 5, 10, 15 và 20 mM:
a) Trong môi trường nước cất ở pH7 và b) Trong môi trường nước cất ở pH11
Có thể nhận thấy với chất ức chế tetrabutylamoni bromua (TBAB) có
chứa ion (C4H9)4N+ hấp thụ ở bước sóng trong khoảng 215-219 nm. Nhìn vào
hình vẽ ta có thể thấy sự tuyến tính giữa nồng độ và mật độ quang, khi nồng độ
mẫu chuẩn tăng thì mật độ quang cũng tăng tương ứng theo định luật BugerLambe- Bee ở phương trình (2.1).
Từ kết quả đo phổ UV-Vis này, xây dựng các bảng 3.1 và 3.2 là các giá trị
nồng độ mẫu TBAB chuẩn và mật độ quang đo được tương ứng xây dựng trong
môi trường pH7 và pH11. Nhìn vào các bảng số liệu 3.1 và 3.2, ta thấy khi nồng
độ chất ức chế TBAB tăng thì mật độ quang tăng, đồng thời ở cùng một giá trị
nồng độ chất ức chế thì trong môi trường pH 7 mật độ quang có giá trị cao hơn
so với trong dung dịch pH 11. Từ mối liên hệ giữa Ln [TBAB] và OD 215 trong 2
bảng trên, xây dựng được được hai đường chuẩn nồng độ chất ức chế mô tả sự
tuyến tính giữa mật độ quang A và ln[TBA+] như mô tả trong hình 3.2.

Bảng 3.1: Giá trị mật độ quang thu được tương ứng với nồng độ các mẫu
chuẩn trong môi trường nước cất ở pH7
ẫu

M
Khối
Khối
lượng cân (gam) lượng
nước AB]
(gam)

[TB

1

0.0

0.0036

12.88

D215
(M)

0087
5

0.0180

11.07

0.0329

10.20
11

0.
5626

0.0
0505

1

O

0.
7446

0.0

0.


0

1002
1

0.0488

11.84

5

7948
0.0

0.

1280
2

0.0670

10.63

0

8870
0.0

0.

1957

9390

Bảng 3.2: Giá trị mật độ quang thu được tương ứng với nồng độ các mẫu
chuẩn trongmôi trường nước cất ở pH11

M
Khối
Khối
ẫu
lượng cân (gam) lượng
nước AB]
(gam)

1

0.0048

12.95

[TB
(M)

0.0
0115

5

0.0207

11.20

0.0390

0.0

10.23

0
0.0497

0.01

12.00

5
0.0697

0.0

10.70

0

0.647
7

1286
2

0.505
7

184
1

0.333
7

0574
1

OD215

0.694
4

0.0
2023

0.796
9

Hình 3.2: Đường chuẩn mật độ quang OD215 - nồng độ TBAB trong môi
trường nước cất tại pH7 và pH11
3.1.2. Xác định hàm lượng chất ức chế trong vữa xi măng
Hình 3.3 là phổ UV-Vis của mẫu vữa xi măng cốt thép sau khi xử lý EICI ở
mật độ dòng 5A/m2 trong dung dịch NaOH với thời gian xử lý là 1 tuần và 4 tuần.
Bảng 3.3 là kết quả tính toán hàm lượng ức chế [TBA +] trong mẫu vữa xi măng
dựa trên đường chuẩn đã xây dựng trong dung dịch pH11.
12


Có thể nhận thấy là khi xử lý trong dung dịch NaOH, sau 1 và 4 tuần xử
lý, lượng [TBA+] xung quanh cốt thép (ở khoảng cách 1 cm so với cốt thép) đạt
giá trị khoảng 1,3% và 2% so với khối lượng toàn bộ vữa. Tăng thời gian xử lý

từ 1 tuần lên 4 tuần không làm tăng thêm nhiều lượng chất ức chế được phun
vào bên trong vữa xi măng. Điều này có thể lý giải sự có mặt của ion [TBA +]
trong vữa xi măng trong quá trình xử lý đã làm cản trở quá trình điện di tiếp theo
của các ion [TBA+] trong dung dịch vào trong vữa, do chúng tương tác hóa học
với các thành phần thủy hóa của vữa xi măng tạo nên các pha chặt xít hơn (được
phân tích ở phần sau bằng kính hiển vi điện tử quét).
Bảng 3.3: Kết quả tính toán hàm lượng ức chế [TBA+] trong mẫu vữa xi măng
sau khi xử lý EICI với thời gian là 1 và 4 tuần
ẫu

M
KL
mẫu vữa (g)

KL
nước

O
D215

(g/
ml)

1
tuần

5,023
6

4

tuần

50,1
1

5,073
0

0,

[TBAB]
%
trong
mẫu khối
(M)
lượng

0,0049

454
50,

06

58
0,

545

1.

0,0087

2.
76

Hình 3.3: Phổ UV-VIS của mẫu vữa xi măng sau 1 tuần xử lý EICI
Hình 3.4: Phổ UV-VIS của mẫu vữa xi măng sau 4 tuần xử lý EICI
3.2. Phân tích hình thái học vữa xi măng trước và sau khi xử lý EICI

Hình 3.5 và 3.6 là các ảnh hiển vi điện tử FESEM của vữa xi măng trước
xử lý EICI và sau khi xử lý EICI (trong dung dịch 0,1M NaOH trong thời gian 4
tuần ở mật độ dòng điện 5A/m2).
Quan sát trong hình 3.6, có thể nhận thấy là sự có mặt của ion [TBA+]
không chỉ làm chặt xít thêm vữa xi măng mà còn làm thay đổi hình thái học của
các sản phẩm thủy hóa xi măng. Biểu hiện về hình thái học này có thể quy cho
sự liên kết hóa học hay vật lý của ion [TBA +] với các sản phẩm thủy hóa của xi

13


măng. Sự thay đổi hóa lý này của vữa xi măng sau khi xử lý EICI có thể dẫn đến
sự tăng lên về cường độ chịu nén của vữa xi măng sau khi xử lý EICI.

a)

b)
Hình 3.5: Ảnh FESEM của vữa xi măng trước xử lý EICI.
Độ phóng đại cho các ảnh: a) 5000 lần và b) 10000 lần.

a)

b)
Hình 3.6: Ảnh FESEM của vữa xi măng sau khi xử lý EICI.
Độ phóng đại cho các ảnh: a) 5000 lần và b) 10000 lần.

3.3. Đo hệ số khuếch tán của ion clorua trong vữa xi măng

3.3.1. Xây dựng đường chuẩn cảm biến clorua
Bảng 3.4 là các số liệu đo đạc xây dựng từ các mẫu chuẩn để chuẩn cảm
biến clorua. Hình 3.7 là đường chuẩn của cảm biến clorua trong nước cất có thể
nhận thấy mối quan hệ tuyến tính giữa Ln của hàm lượng clorua và điện thế cảm
biến. Giá trị R2 =0.997 là khá cao chứng tỏ cảm biến clorua đáng tin cậy.
14


Bảng 3.4: Chuẩn cảm biến Clorua
Điện
thế so
Khối

Khối

Nồng

lượng

lượng

NaCl(mol/l

NaCl(g) nước (g)

độ

với
Ln[Cl-] điện

)

cực
MSE(
mV)
6,9008

0,0059
0,0271

100,16
99,57

0,00101
0,00465

4
-150,0
5,37035 -185,5
4,7081

0,0525

0,3238
0,6734

99,48
100,51
101,45

0,00902
0,05507
0,11347

7
-197,3
2,89916 -244,5
2,17625 -264,5

Hình 3.7: Đường chuẩn nồng độ - điện thế cho cảm biến clorua
3.3.2. Xác định hệ số khuếch tán của ion clorua trong vữa xi măng
trước và sau khi xử lý EICI
Từ số liệu đo theo thời gian hàm lượng clorua ở ngăn bên phải với mẫu xi
măng trước và sau khi xử lý EICI tính toán được hàm lượng clorua tương ứng.
Hình 3.8 là biến thiên nồng độ clorua ở ngăn bên phải (trong thí nghiệm
bình hai ngăn để nghiên cứu sự khuếch tán của ion clorua) theo thời gian của
mẫu vữa xi măng cốt thép (không nhiễm ion clorua) trước và sau khi xử lý EICI
(4 tuần trong dung dịch 0,1M NaOH).

15


Hình 3.8: Biến thiên nồng độ clorua ở ngăn bên phải theo thời gian cho

mẫu vữa xi măng trước và sau khi xử lý EICI

16


Hình 3.9: Tính toán to cho mẫu trước khi xử lý EICI:to = 55 phút (thay vào phương
trình 2.2 tính được hệ số khuếch tán D = 1.0×10-10 m2/s với chiều dày mẫu vữa là
1,6 cm)

Hình 3.10: Tính toán to cho mẫu sau khi xử lý EICI trong NaOH: to =
125 phút; (thay vào phương trình 2.2 tính được hệ số khuếch tán 6.2 ×10-11 m2/s
với chiều dày mẫu vữa là 1,9 cm)
Từ các kết quả tính toán hệ số khuếch tán có thể thấy là quá trình EICI đã
làm giảm hệ số khuếch tán của ion clorua trong vữa xi măng xuống 38% (từ giá
trị ban đầu D = 1.0 ×10-10 m2/s xuống 6.2 ×10-11 m2/s m2/s). Quá trình di chuyển
các ion và phân tử trong vữa chủ yếu thông qua dung dịch trong lỗ rỗng. Các ion
TBA+ có kích thước lớn đã lấp đầy các khoảng rỗng hay các lỗ xốp trong vữa,
và có thể tương tác hóa học hay vật lý với các sản phẩm thủy hóa xi măng để tạo
cấu trúc ít thấm hơn của vữa xi măng. Đồng thời việc di chuyển các cation khác như
(như Ca+2) về phía cốt thép cũng làm thay đổi độ chặt xít cũng như cấu trúc pha của
vữa xi măng sau khi xử lý EICI.

17


3.4. Đo cường độ chịu nén

Bảng 3.7 là kết quả đo cường độ chịu nén bê tông của mẫu vữa xi măng cốt
thép trước và sau khi xử lý EICI ở mật độ dòng điện 5 A/m2 (thời gian xử lý là 4 tuần).
Hình 3.11 mô tả cường độ nén của các xi măng cốt thép trước và sau khi xử lý

EICI. Quan sát trong hình 3.11 có thể thấy là sau khi xử lý EICI trong dung dịch
NaOH, cường độ chịu nén của các mẫu sau khi xử lý EICI tăng lên 34 %. Sự tăng lên
này có thể quy cho là sự có mặt của ion [TBA+] trong vữa sau khi xử lý đã làm chặt
xít thêm vữa xi măng (quan sát trong ảnh hiển vi điện tử FESEM như ở các hình 3.6).
Bảng 3.7: Kết quả đo cường độ nén của mẫu vữa xi măng trước
và sau khi xử lý EICI
Đ
K ường
ý hiệu kính
mẫu
mẫu
(mm)
T
rước
EICI

hiều
cao
mẫu
(mm)
5

7.0
S

au
EICI

C

5
8.0

5
6.0

Di
ện tích
L
bề mặt ực phá
chịu lực hoại
(m (kN)
2
m)
25
52

5
5.0

4
5.5

24
63

18

C
ường độ

mẫu nén
(N
2
/mm )/M
Pa
17
.83

5
9

23
.95


Hình 3.11: Cường độ nén các mẫu trước và sau khi xử lý EICI 4 tuần
trong dung dịch 0,1M NaOH
3.5. Kết quả đo đường cong phân cực

Bảng 3.8 mô tả các giá trị điện thế ăn mòn, điện trở phân cực và mật độ
dòng ăn mòn của cốt thép trong mẫu xi măng trước và sau khi xử lý EICI trong
dung dịch 0,1 M NaOH. Nhìn vào bảng 3.8 có thể nhận thấy là sau khi xử lý điện
thế ăn mòn của cốt thép dịch chuyển về giá trị dương hơn, tương ứng với trạng
thái ăn mòn ít hơn. Theo tiêu chuẩn ASTM C876-09, khi Ecorr >-135mV thì khả
năng là 90% thép không ăn mòn. Trong trường hợp -135mV < Eoc <-285mV thì sẽ
xuất hiện ăn mòn cốt thép và khi Ecorr <-285mV thì 90% thép bị ăn mòn.
Hình 3.12 là sự thay đổi của điện trở phân cực của cốt thép theo thời gian
xử lý EICI. Quan sát trong hình 3.12 có thể thấy là quá trình xử lý EICI đã làm
tăng điện trở phân cực từ 2,25×105 lên 2,46×105 Ω.cm2. Như vậy sau khi xử lý,
cốt thép được bảo vệ tốt hơn với hiệu quả ức chế ăn mòn là 8,6%.

19


Bảng 3.8: Các giá trị điện thế ăn mòn, điện trở phân cực và mật độ dòng ăn mòn của
cốt thép trong mẫu xi măng trước và sau khi xử lý EICI trong dung dịch 0,1 M NaOH
Thời gian Thế

ăn

xử lý

mòn Ecorr

(tuần)
0
4

(V/SCE)
-0,286
-0,164

Rp

I corr

(Ω.cm2)

(mA/cm2)

2,25E+05
2,46E+05

1,16E-04
1,06E-04

Hiệu quả
ức

chế

(%)
8,6

Hình 3.12: Sự thay đổi của điện trở phân cực của cốt thép theo thời gian
xử lý EICI bằng dung dịch NaOH

20


KẾT LUẬN
Những kết quả chính thu được trong nghiên cứu này bao gồm:
•

Đã xây dựng phương pháp xác định hàm lượng chất ức chế hữu cơ TBAB trong
mẫu vữa xi măng bằng phân tích phổ UV-Vis. Các đường chuẩn nồng độ chất
ức chế theo giá trị mật độ quang OD 215 được xây dựng với 5 mẫu chuẩn chứa
chất ức chế TBAB với các nồng độ 1, 5, 10, 15, 20mM trong môi trường pH 7 và

•

pH11 .
Kết quả đo phổ UV-VIS cho thấy sau 1 tuần xử lý EICI thì hàm lượng [TBA+]
xung quanh cốt thép đạt giá trị 1,58% so với khối lượng của vữa. Giá trị này là

•

2,76% khi xử lý trong thời gian 4 tuần.
Đã xây dựng phương pháp đo hệ số khuếch tán của ion clorua trong vữa xi măng
trước và sau khi xử lý EICI (phương pháp bình 2 ngăn với cảm biến clorua có

•

độ tin cậy cao).
Kết quả đo hệ số khuếch tán của ion clorua trong vữa xi măng cho thấy sau khi
xử lý EICI, hệ số khuếch tán của clorua giảm 38% từ giá trị ban đầu D = 1.0×10 10

•

m2/s xuống 6.2×10-11.
Kết quả đo cường độ chịu nén của các mẫu vữa xi măng cốt thép cho thấy sau
khi xử lý EICI, độ bền chịu nén tăng lên 34% nhờ sự có mặt của ion [TBA +]

•

làm chặt xít thêm vữa xi măng.
Kết quả phân tích ảnh FESEM của vữa xi măng trước và sau khi xử lý EICI cho
thấy sự có mặt của ion [TBA+] đã làm thay đổi hình thái học của các sản phẩm

•

thủy hóa của xi măng.
Kết quả đo đường cong phân cực cho thấy sau khi xử lý EICI, cốt thép được bảo
vệ chống ăn mòn tốt hơn. Giá trị điện trở phân cực tăng từ 2,25×105 lên
2,46×105 Ω.cm2 và dòng ăn mòn Icorr giảm với với hiệu quả ức chế ăn mòn là
8,6%.

21